Автоматические системы управления технологическими процессами в химической промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В химической промышленности комплексной механизации и автоматизации уделяется большое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов, а также чувствительностью их к нарушению режима и, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ и.т.д.

По мере осуществления механизации производства сокращается тяжелый физический труд, уменьшается численность рабочих, непосредственно занятых в производстве, увеличивается производительность труда и.т.д. В механизированном технологическом процессе человек продолжает принимать непосредственное участие, но его физическая работа сводится лишь к нажатию кнопок, повороту рычагов и.т.д. Здесь на человека возложены функции управления механизмами и машинами.

С увеличением нагрузок аппаратов, мощностей машин, сложности и масштабов производства с повышением давлений, температур и скоростей химических реакций ручной труд даже в механизированном производстве подчас просто немыслим. Например, в производстве полиэтилена давление достигает 300 МПа, в производстве карбида кальция температура в электрических печах равна 3000 ⁰С, процесс обжига серного колчедана в кипящем слое продолжается несколько секунд. В таких условиях даже опытный рабочий часто не в состояние своевременно воздействовать на процесс в случае отклонения его от нормы, а это может привести к авариям, пожарам, взрывам, порче большого количества сырья и полуфабрикатов.

Ограниченные возможности человеческого организма (утомляемость, недостаточная скорость реакции на изменение окружающей обстановки и на большое количество поступающей информации, субъективность в оценке сложившейся ситуации и.т.д.) являются препятствием для дальнейшей интенсификации производства. Наступает новый этап машинного производства - автоматизация, когда человек освобождается от непосредственного участия в производстве, а функции управления технологическими процессами, механизмами, машинами передаются автоматическим устройствам.

Полную или частичную замену операторов машинами и механизмами в рабочих операциях, выполняемых вручную, называют механизацией. При механизации за человеком сохраняются функции контроля и управления.

Автоматизация - процесс совершенствования производства, характеризуемый прежде всего уменьшением потока информации от человека к машине и повышением самостоятельности различных уровней и звеньев управления.

Автоматизация приводит к улучшению основных показателей эффективности производства: увеличению количества, улучшению качества и снижению себестоимости выпускаемой продукции, повышению производительности труда. Внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции, сокращение брака и отходов, уменьшение затрат сырья и энергии, численности основных рабочих, снижение капитальных затрат на строительство зданий (производство организуется под открытым небом), удлинение сроков межремонтного пробега оборудования.

Проведение некоторых современных технологических процессов возможно только при условии их полной автоматизации (н/р, процессы, осуществляемые на атомных установках и в паровых котлах высокого давления, процессы дегидрирования и др.). При ручном управлении такими процессами малейшее замешательство человека и несвоевременное воздействие его на процесс могут привести к серьезным последствиям.

Внедрение специальных автоматических устройств способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение атмосферного воздуха и водоемов промышленными отходами.

В автоматизированном производстве человек переключается на творческую работу - анализ результатов управления, составление заданий и программ для автоматических приборов, наладку сложных автоматических устройств и.т.д. депарафинизация автоматизация контроль регуляция

Дальнейшим развитием автоматизации явилось создание гибких производственных модулей - независимых обрабатывающих комплексов, управляемых с помощью ЭВМ без участия человека; соединения гибкой производственной ячейки с другими производственными подразделениями, которые подают сырье, реагенты и другие необходимые материалы и информацию. Это привело к созданию систем машин, управляемых от ЭВМ. Окончательным шагом автоматизации являются интеграция с помощью ЭВМ всей производственной деятельности.

1. Описание технологической схемы установки гидроочистки депарафинизации с КИПиА

Установка гидроочистки/депарафинизации дизельного топлива предназначена для очистки керосин/дизельного топлива от серо-, азот- и кислородосодержащих углеводородов на специальном катализаторе в присутствии водорода, а также для разложения парафиновых соединений в дизельном топливе с целью снижения температуры помутнения и застывания для зимнего периода времени года. Сырьем является прямогонное дизельное топливо и легкий газойль коксования.

Блок аминового абсорбера предназначен для очистки от сернистых соединений отходящего газа из:

- секции гидроочистки бензина;

- сети завода после существующей гидроочистки нафты, установки ЛГ;

- емкости одноразового испарения 20-D-004 и ресивера отпарной колонны 20-D-008 настоящей установки.

Блок скруббера сжиженного нефтяного газа (СНГ) предназначен также для очистки от сернистых соединений СНГ, поступающего из секции гидроочистки бензина.

Очистка производится ненасыщенным (свежим) амином, поступающим из установки получения серы.

Кроме вышеперечисленных блоков на установке предусмотрен узел факельных сбросов, предназначенный для отделения из газов, сбрасываемых на факел, капельных, жидких углеводородов и колодец для приготовления раствора соды, предназначенный для нейтрализации оборудования перед их вскрытием для ремонта.

Целью депарафинизации является снижение температуры помутнения и застывания дизельного топлива в зимний период времени года. Парафины, содержащиеся в дизельном топливе, способны осаждаться и образовывать кристаллы, ограничивающие текучесть дизельного топлива по мере снижения температуры.

Зимний режим работы.

Все гидроочищенное сырье после реактора № 1 подается через трехходовой клапан с дистанционным управлением в реактор № 2, где, проходя по слоям катализатора, протекает реакция депарафинизации.

Перед поступлением в реактор № 2 гидроочищенное сырье смешивается с водородом от выкида компрессора рециркулирующего газа. Сырье потоками поступает на установку гидроочистки/депарафинизации и перед тем как поступить в реактора мы устанавливаем расход на установившемся потоке с поз. FE 1-1, который контролирует расход поступившего сырья. Далее на установившемся потоке перед теплообменником ставим датчик с поз. ТЕ 2-1, который контролирует температуру поступившего сырья, далее устанавливаем расход с поз. FE 3-1, который регулируется клапаном 3-4 и контролирует расход водорода. На выходе из теплообменника 1, устанавливаем расход с поз. FE 4-1, который регулируется клапаном 4-4 и здесь же ставим контроль температуры с поз. ТЕ 5-1, которая контролирует температуру после теплообменника 1, датчик также регулируется клапаном 4-4. Далее сырье после теплообменника направляется в печь, где установлен расход поступаемого сырья с поз. FE 6-1 там же установлен контроль температуры с поз. ТЕ 7-1, два этих показателя регулируются клапаном 6-4. После выхода из печи установлен датчик с поз. ТЕ 8-1, который контролирует температуру после печи. Далее сырье направляется в реактор R-001,где установлен датчик с поз. РЕ 9-1,который контролирует давление в реакторе и не регулируется клапаном. Сырье на выходе из реактора R-001 контролируется датчиком расхода с поз. FE 10-1, который регулируется клапаном 10-4. Во втором реакторе также установлен датчик с поз. РЕ 11-1. Который контролирует давление в реакторе. Датчик с поз. FE 12-1 контролирует расход подаваемого сырья в реактор R-002, который регулируется клапаном 12-4. Поз. 13-1 контролирует температуру выходящих продуктов из реактора поступающих в теплообменник. Поз. FE 14-1 контролирует расход выходящих продуктов, контролируемый клапаном 14-4, там же установлен датчик для контроля температуры с поз. ТЕ 15-1.

2. Регулируемые и контролируемые параметры установки

Автоматические устройства контроля (контрольно-измерительные приборы) обеспечивают быстрые и точные измерения технологических параметров: температуры, давления, расхода, уровня и, что очень важно, параметров качества продукции. В состав устройств контроля может быть включен регистрирующий прибор, записывающий динамику изменения технологических параметров. Диаграмма регистрирующего прибора служит документом, позволяющим в дальнейшем восстановить ход событий.

При автоматизированном контроле функции человека сводятся к определению отклонения параметра от заданного значения, выработке решения по изменению технологического режима и реализации этого решения на ТОУ изменением положения регулирующих органов на технологических магистралях.

Следующим этапом при автоматизации управления было использование сумматора, позволяющего рассчитывать отклонение параметра от заданного значения. Результат расчета реализовался в устройствах сигнализации, регулирования и защиты.

Устройства регулирования (регуляторы) предназначены для поддержания текущего значения параметра равным заданному. Текущее значение регуляторы получают от устройств контроля, а заданное -- от оперативного технологического персонала с помощью задатчиков или других автоматических устройств.

В зависимости от того, как формируется заданное значение, различают следующие типы регуляторов: стабилизирующие (заданное значение постоянно во времени); программные (заданное значение изменяется во времени по заранее заданной зависимости); следящие (заданное значение соответствует текущему значению какого-либо другого параметра, т. е. произвольно изменяется во времени); экстремальные (заданное значение соответствует экстремальному значению параметра для данных производственных условий).

Регуляторы поддерживают параметры на значениях, соответствующих нормальному технологическому режиму. Оператор корректирует их работу путем изменения задания или коэффициентов настройки только в случае невыполнения цели функционирования ТОУ, возникновения критических ситуаций или перехода на другой вид продукции (т. е. изменения технологического режима).

3. Выбор средств автоматизации

Автоматизация базируется на различных технических средствах. При создании измерительных устройств, регуляторов и др. средств автоматизации предусматривается их стандартизация в рамках Государственной системы приборов и средств автоматизации (ГСП).

Разрабатываемые в рамках ГСП технические средства могут использоваться в виде локальных систем контроля, регулирования, сигнализации, защиты и др., а также на нижнем уровне автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Основной технической базой современных АСУ ТП является ГСП, выполненная в виде совокупности изделий, предназначенных для получения, обработки и использования информации.

Изделия ГСП строятся на основе базовых конструкций с унифицированными структурами, сигналами, источниками питания, конструктивными параметрами, Это позволяет иметь общую технологическую базу для производства изделий, обеспечивает их взаимозаменяемость, высокую точность, надежность и долговечность.

В ГСП стандартизированы параметры входных и выходных сигналов источников энергии, элементы, блоки и модули приборов и устройств, их присоединительные, габаритные и монтажные размеры. В нормализованный ряд приборов и средств автоматизации входят первичные преобразователи и измерительные приборы; преобразователи для получения нормированных сигналов; регуляторы; вычислительные, функциональные и логические блоки, запоминающие устройства; вторичные приборы; цифропечатающие устройства; исполнительные устройства.

По роду энергии, используемой для передачи информации и команд управления, в ГСП имеются три ветви:

1) электрическая - устройства которой обладают высокой точностью, быстродействием обеспечивают большую дальность и емкость каналов передачи информации;

2) пневматическая - устройства которой характеризуются безопасностью работы в легковоспламеняющихся и взрывоопасных средах; высокой надежностью в тяжелых условиях работы;

3) гидравлическая - устройства которой обеспечивают точные перемещения исполнительных органов и большие перестановочные усилия.

В ГСП входят такие устройства, работающие без использования вспомогательной энергии - приборы и регуляторы прямого действия. Это устройства, использующие для выполнения своих функций энергию той среды, параметры которой они измеряют и регулируют.

По функциональному признаку технические средства в ГСП подразделяются на следующие группы:

1) средства получения информации о состоянии объекта управления. К ним относятся первичные измерительные преобразователи (датчики), измерительные приборы и преобразователи, которые вместе с нормирующими устройствами, формирующими унифицированный сигнал, образуют устройства для получения измерительной информации, а также устройства формирования алфавитно-цифровой информации. Устройства этой группы предназначены для преобразования измеряемой физической величины в удобный для восприятия, передачи и обработки сигнал измерительной информации;

2) средства приема, преобразования и передачи информации. К этой группе относятся различные преобразователи сигналов и кодов, коммутаторы измерительных цепей, шифраторы и дешифраторы, согласовательные устройства, а также устройства для дистанционной передачи, телеизмерения и теле

управления. Технические средства этой группы используются для приема, преобразования и передачи сигналов, содержащих измерительную информацию и несущих команды управления;

3) средства обработки информации, формирования команд управления, представления информации оператором. В эту группу, называемую центральной частью ГСП, входят; функциональные и операционные преобразователи, логические устройства, анализаторы сигналов, запоминающие устройства, регуляторы, задатчики, управляющие вычислительные устройства;

4) средства использования командной информации для воздействия на объект управления. Это исполнительные устройства, исполнительные механизмы, усилители мощности и вспомогательные устройства к ним, регулирующие органы.

Устройства первой и четвертой групп непосредственно взаимодействуют с объектом управления.

В системах автоматического управления для измерения (регистрации) текущих значений величин химико-технологических процессов используются разные измерительные устройства (измерительные приборы и измерительные преобразователи).

Измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с использованием специальных технических средств.

Метрология - специальная наука, занимающаяся вопросами теории измерений, средствами обеспечения их единства и способов достижения необходимой точности.

В метрологии различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Все измерения осуществляют с помощью мер и измерительных приборов.

Средствами измерений называют технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства.

Мерами называют средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Например, мерой массы служит гиря, мерой электрического сопротивления - измерительный резистор, мерой частоты электрических колебаний - кварцевый генератор. Мера, воспроизводящая физическую величину лишь одного размера, называется однозначной (например, гиря, концевые меры длины, измерительный сосуд). Меры, воспроизводящие ряд одноименных величин различного размера, называют многозначными (например, линейка с нанесенными делениями, конденсатор переменной емкости).

Средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, называют измерительным прибором. Средство измерения, вырабатывающее сигнал в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не позволяющее наблюдателю непосредственно воспринимать этот сигнал, называют измерительным преобразователем. Различают первичный измерительный преобразователь (к которому подведена измеряющая величина, т.е. первый в измерительной цепи) и передающий измерительный преобразователь (предназначен для дистанционной передачи сигнала измерительной информации).

По форме выхода все измерительные устройства делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых измерительных устройствах выходом является непрерывная по значению выходная величина, обычно это перемещение указателя по шкале прибора или пера по диаграммной бумаге регистрирующего устройства. В цифровых измерительных устройствах измерительная величина представляется в дискретной форме как окончательный результат измерения, выраженный числом или кодом. Они обладают высокой точностью, чувствительностью, быстродействием, не имеют погрешностей, связанных с субъективным отсчетом показаний, имеют кодированный выход, удобный для использования в измерительно-информационных системах и вычислительной технике.

4. Позиционный (релейный) регулятор

Он называется так потому, что его выходной сигнал может иметь только два значения -- минимальное и максимальное (условно «0» и «1»), независимо от величины отклонения РП от заданного значения, а регулирующий орган (РО) при этом может занимать только два крайних положения -- «открыто» и «закрыто» (быть в двух позициях).

На рисунке 5 а показана упрощенная схема регулятора уровня жидкости. Поплавок 1 через рычаг 2 связан с заслонкой 3. Сжатый воздух к соплу 4 и в мембранную коробку 6 поступает через дроссель 5. Ранее уже говорилось, что рабочий ход заслонки очень мал, поэтому небольшого поворота рычага достаточно для перемещения ее на величину этого хода. С увеличением уровня от заданного значения сопло полностью открывается, а с уменьшением -- закрывается.

При нулевом давлении на мембране затвор 7 РО под действием усилия пружины 8 находится в верхнем положении и перекрывает приток жидкости в сосуд, а под действием давления воздуха мембрана прогибается, и затвор перемещается вниз, полностью открывая проходное сечение РО. В общем случае работу позиционного регулятора аналитически можно представить так:

м = 0 при ц > ц₃; (1)

м=1 при ц<ц₃, (2)

где ц и ц₃ -- текущее и заданное значения РП; ц-- регулирующее воздействие.

Рисунок 1 - Позиционный регулятор:

а -- схема; б -- график работы; 1 -- поплавок; 2 -- рычаг; 3 -- заслонка; 4 -- сопло; 5 -- дроссель; 6 -- мембрана; 7 -- затвор; 8 -- пружина

На рисунке 1 б показан график работы регулятора. Выделенная на нем зона нечувствительности, в пределах которой регулятор не реагирует на изменение уровня, является характерной для позиционных регуляторов. Она возникает, например, при воздушных зазорах или значительном трении в узлах механизма регулятора. Позиционные регуляторы используют тогда, когда к качеству регулирования не предъявляют высоких требований, и колебания РП не приводят к нежелательным последствиям. При этом, чем больше емкость объекта, тем плавнее будет регулирование. Кроме того, подбирают необходимую чувствительность регулятора. Иногда с целью сглаживания кривой процесса регулирования применяют регуляторы с настраиваемой зоной нечувствительности.

Заключение

В данной курсовой работе был автоматизирован блок депарафинизации установки гидроочистки / депарафинизации.

Целью депарафинизации является снижение температуры помутнения и застывания дизельного топлива в зимний период времени года. Парафины, содержащиеся в дизельном топливе, способны осаждаться и образовывать кристаллы, ограничивающие текучесть дизельного топлива по мере снижения температуры.

Депарафинизация осуществляется за счет расщепления этих парафиновых соединений на меньшие молекулы нефтепродуктов с сильно сниженными способностями к парафинообразованию. Взаимодействие парафинов на катализаторе начинается с образования олефинов в металлических центрах и образования карбониевых ионов из этих олефинов в кислотных центрах.

Проавтоматизированный блок также включил в себя каталитическую очистку сырья, объедененное сырье перед тем как поступит в реактора R-001 и R-002, прошел по слоям катализатора в котором проходят реакции гидроочистки, далее по схеме направляется в печь, где мы установили контроль температуры до входа в печь и после. Также мы устанавливали датчики контролируемые перепад давления в обоих ректорах. Далее сырье поступает в реактор Р-002 иначе говоря «Зимний режим работы» Здесь мы для контроля температуры устанавливали датчики. Максимальная температура по слоям катализатора и обечайки сигнализируется. Гидроочищенное и депарафинизированное сырье после реактора подается в теплообменники горячего объединенного сырья, предусмотрен контроль температуры.

Список использованной литературы

1. Лапшенков Г.И., Полоцкий Л.М. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности, М.: Химия ,1988

2. Шувалов В.В., Огаджанов Г.А. , Голубятников В.А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. М.: Химия, 1997

3. Горячев Р.П. Основы производства в нефтеперерабатывающей промышленности, М.: Химия, 1987

4. Шкатов Е.Ф., Шувалов «Основы автоматизации технологических процессов химических производств». - М.: Химия, 1988.

5. Исакович Р.Я., Попадько В.Е. Контроль и автоматизация добычи нефти и газа, М.: Недра, 1985

Размещено на Allbest